El hormigón de cáñamo o cal de cáñamo es un material biocompuesto , una mezcla de estopas de cáñamo ( aglomerados ) y cal , [1] arena o puzolanas , que se utiliza como material de construcción y aislamiento . [2] Se comercializa con nombres como Hempcrete, Canobiote, Canosmose, Isochanvre e IsoHemp. [3] El hormigón de cáñamo es más fácil de trabajar que las mezclas de cal tradicionales y actúa como aislante y regulador de la humedad. Carece de la fragilidad del hormigón y, en consecuencia, no necesita juntas de expansión . [3]
Por lo general, el hormigón de cáñamo tiene buenas capacidades de aislamiento térmico y acústico, pero un bajo rendimiento mecánico, específicamente la resistencia a la compresión. [4] Las propiedades mecánicas del hormigón de cáñamo, cuando se utiliza específicamente en bloques prefabricados, actúan como un sumidero de carbono durante su vida útil. [5] [6] El resultado es un material aislante ligero, yeso de acabado o una pared que no soporta carga, ideal para la mayoría de los climas, ya que combina aislamiento y masa térmica al tiempo que proporciona un impacto positivo en el medio ambiente.
El hormigón de cáñamo se fabrica a partir del núcleo leñoso interno de la planta de cáñamo (hilados de cáñamo) mezclado con un aglutinante a base de cal y agua. [6] El aglutinante a base de cal generalmente consiste en cal hidratada o cal hidráulica natural. [7] La cal hidratada se fabrica a partir de piedra caliza pura y fragua mediante la absorción de CO2 durante el proceso de carbonatación. [7] Cuando se trata de limitaciones de tiempo, los aglutinantes hidráulicos se utilizan en combinación con cal hidratada regular porque el tiempo de fraguado del hormigón de cáñamo será menor que el de las cales regulares, aproximadamente de dos semanas a un mes para obtener la resistencia adecuada. [7]
Por ejemplo, también se añade una pequeña fracción de cemento y/o aglutinante puzolánico para acelerar el tiempo de fraguado. [6] El proceso general crea una mezcla que se convertirá en un producto sólido, pero ligero y duradero. [6]
El hormigón de cáñamo se ha utilizado en Francia desde principios de los años 1990, y más recientemente en Canadá , para construir muros de relleno aislantes que no soportan peso, ya que el hormigón de cáñamo no tiene la resistencia necesaria para construir cimientos y, en cambio, está sostenido por el marco. [8] El hormigón de cáñamo también se utilizó para renovar edificios antiguos hechos de piedra o cal. [9] Francia sigue siendo un ávido usuario de hormigón de cáñamo, y su popularidad crece allí anualmente. [10] Canadá ha seguido la dirección de Francia en el sector de las tecnologías de construcción orgánica, y el hormigón de cáñamo se ha convertido en una innovación creciente en Ontario y Quebec . [11]
En la actualidad, se utilizan dos técnicas de construcción principales para la implementación del hormigón de cáñamo. La primera técnica consiste en utilizar moldes para verter o rociar el hormigón de cáñamo directamente en el lugar de la construcción. [7] La segunda técnica consiste en apilar bloques prefabricados que se entregan en el lugar del proyecto de manera similar a la construcción de mampostería. [7] Una vez que se implementa la tecnología del hormigón de cáñamo entre la estructura de madera, se agregan paneles de yeso o yeso para lograr estética y mayor durabilidad. [7] El hormigón de cáñamo se puede utilizar para diversos fines en los edificios, incluido el aislamiento de techos, paredes, losas y revestimientos, cada uno de los cuales tiene su propia formulación y dosis de los diversos componentes respectivamente. [12] [13] [14] [15]
Por lo general, el hormigón de cáñamo tiene un rendimiento mecánico bajo. El hormigón de cáñamo es un material bastante nuevo y aún se está estudiando. Varios elementos afectan las propiedades mecánicas del hormigón de cáñamo, como el tamaño del agregado, el tipo de aglutinante, las proporciones dentro de la mezcla, el método de fabricación, el método de moldeo y la energía de compactación. [4] Todos los estudios muestran variabilidad en las propiedades del hormigón de cáñamo y determinan que es sensible a muchos factores. [4]
Se realizó un estudio que se centra en la variabilidad y la significancia estadística de las propiedades del hormigón de cáñamo mediante el análisis de dos tamaños de columnas de hormigón de cáñamo con cáñamo de dos distribuidores diferentes bajo una distribución normal. El coeficiente de varianza (COV) indica la dispersión de los resultados experimentales y es importante para comprender la variabilidad entre las propiedades del hormigón de cáñamo. [4] El módulo de Young tiene continuamente un COV alto en múltiples experimentos. El módulo de Young del hormigón de cáñamo es de 22,5 MPA. [4] El módulo de Young y la resistencia a la compresión son dos propiedades mecánicas que están correlacionadas. [4]
La resistencia a la compresión es típicamente de alrededor de 0,3 MPa. [4] Debido a la menor resistencia a la compresión, el hormigón de cáñamo no se puede utilizar para elementos portantes en la construcción. La densidad se ve afectada por la cinética de secado, cuanto mayor es el área específica, el tiempo de secado disminuye. [4] El tamaño de la muestra y las astillas de cáñamo deben tenerse en cuenta al determinar la densidad. [4] En el modelo, la densidad del hormigón de cáñamo es de 415 kg/m3 con un coeficiente de varianza (COV) promedio del 6,4%. [4]
La baja densidad del hormigón de cáñamo y su resistencia al agrietamiento por movimiento lo hacen adecuado para su uso en áreas propensas a terremotos . [16] Las paredes de hormigón de cáñamo deben usarse junto con un marco de otro material que soporte la carga vertical en la construcción de edificios, ya que la densidad del hormigón de cáñamo es el 15% de la del hormigón tradicional. [17] Los estudios en el Reino Unido indican que la ganancia de rendimiento entre paredes de 230 mm (9 pulgadas) y 300 mm (12 pulgadas) es insignificante. [ aclaración necesaria ] Las paredes de hormigón de cáñamo son ignífugas, transmiten humedad, resisten el moho y tienen un excelente rendimiento acústico. [18] Limecrete, Ltd. (Reino Unido) informa una clasificación de resistencia al fuego de 1 hora según los estándares británicos/de la UE. [19]
El valor R del hormigón de cáñamo (su resistencia a la transferencia de calor) puede variar de 0,67/cm (1,7/in) a 1,2/cm (3,0/in), lo que lo convierte en un material aislante eficiente (cuanto mayor sea el valor R, mejor será el aislamiento). [20] [21] [22] La porosidad del hormigón de cáñamo se encuentra dentro del rango de 71,1% a 84,3% en volumen. [23] La capacidad calorífica específica promedio del hormigón de cáñamo varía de 1000 a 1700 J/(kg⋅K). [23] La conductividad térmica seca del hormigón de cáñamo varía de 0,05 a 0,138 W/(m⋅K). [23] La baja difusividad térmica (1,48 × 10 −7 m 2 /s ) y la efusividad [286 J/(m 2 ⋅K⋅s −1/2 )] del hormigón de cáñamo reducen la capacidad del hormigón de cáñamo para activar la masa térmica.
El hormigón de cáñamo tiene una conductividad térmica baja, que va de 0,06 a 0,6 W m −1 K −1 , [24] [15] [25] una porosidad total de 68–80% [24] [26] y una densidad de 200 kg/m 3 a 960 kg/m 3 . [15] [27] El hormigón de cáñamo es también un material aireado con alta permeabilidad al vapor de agua y su porosidad total muy cercana a la porosidad abierta, lo que le permite absorber cantidades significativas de agua. [28] La resistencia a la difusión del vapor de agua del hormigón de cáñamo varía de 5 a 25. [24] [29] Además, entre 2 y 4,3 g/ (m 2 %RH), se considera un excelente regulador de humedad. [28] [30] Puede absorber humedad relativa cuando hay un excedente en el entorno habitable y liberarla cuando hay un déficit. [31] [32] [33] Es importante señalar que estas propiedades dependen de la composición del material, el tipo de aglutinante, la temperatura y la humedad. Debido a sus efectos de calentamiento latente, que son el resultado de su alta capacidad térmica y control integral de la humedad, el hormigón de cáñamo exhibe propiedades de material de cambio de fase. [5]
Debido a la gran variedad de cáñamo, la porosidad difiere de un tipo a otro, por lo tanto, sus capacidades de aislamiento térmico también varían. [34] Cuanto menor sea la densidad, menor será el coeficiente de transferencia de calor , una característica de los materiales aislantes. [34] En tres muestras cúbicas de cáñamo después de 28 días de secado, se midió el coeficiente de transferencia de calor utilizando ISOMET 2114, un sistema portátil para medir la transferencia de calor de las propiedades. [34] El cáñamo tiene un coeficiente de transferencia de calor de 0,0652 W/(m⋅K) y un peso específico de 296 kg/m 3 . [34] Se debe prestar atención a la mezcla del cáñamo, ya que influye en las propiedades del material. Es necesario realizar más pruebas en correlación con el tamaño de la muestra para determinar la influencia que tiene ese tamaño en las propiedades del cáñamo.
En Estados Unidos se necesita un permiso para utilizar cáñamo en la construcción. [35]
El hormigón de cáñamo tiene un alto contenido de sílice , lo que lo hace más resistente a la degradación biológica que otros productos vegetales. [36]
Los materiales de hormigón de cáñamo son un producto de un tipo de aglutinante y aglomerado de cáñamo de tamaño y calidad, y las proporciones en la mezcla pueden afectar en gran medida sus propiedades y rendimiento. [6] El factor limitante más notable con el hormigón de cáñamo es el bajo rendimiento mecánico. [4] Debido al bajo rendimiento mecánico, el material no debe usarse para estructuras portantes.
Aunque no se destaca por su resistencia, el hormigón de cáñamo proporciona una alta permeabilidad al vapor que permite un mejor control de la temperatura en un ambiente interior. [6] También se puede utilizar como material de relleno en estructuras de marcos y para hacer paneles prefabricados . [6] La alteración de la densidad de las mezclas de hormigón de cáñamo también afecta su uso. Las mezclas de hormigón de cáñamo de mayor densidad se utilizan para el aislamiento de pisos y techos, mientras que las mezclas de menor densidad se utilizan para el aislamiento de interiores y yesos para exteriores. [6]
Las paredes de bloques de hormigón de cáñamo se pueden colocar sin ningún tipo de revestimiento o se pueden cubrir con yeso de acabado. [6] Este último utiliza la misma mezcla de hormigón de cáñamo, pero en diferentes proporciones. Dado que el hormigón de cáñamo contiene un compuesto de origen vegetal, las paredes deben construirse con una junta entre la pared y el suelo para evitar la subida capilar del agua y la escorrentía, los bloques deben instalarse por encima del nivel del suelo y las paredes exteriores deben protegerse con arena y yeso para evitar la putrefacción de las astillas. [6]
Al igual que cualquier cultivo, el cáñamo absorbe CO2 de la atmósfera mientras crece, por lo que el hormigón de cáñamo se considera un material que almacena carbono . [6] Un bloque de hormigón de cáñamo almacena CO2 continuamente durante toda su vida, desde la fabricación hasta el final de su vida útil, lo que genera beneficios ambientales positivos. [6] A través de una evaluación del ciclo de vida (LCA) de bloques de hormigón de cáñamo utilizando investigación y difracción de rayos X en polvo (XRPD), se descubrió que los bloques almacenan una gran cantidad de carbono proveniente de la fotosíntesis durante el crecimiento de la planta y por carbonatación durante la fase de uso de los bloques. [6]
El ACV de los bloques de hormigón de cáñamo considera siete procesos unitarios: amasado y producción de cáñamo, producción de aglutinante, transporte de materias primas a la empresa fabricante, procesos de producción de bloques de hormigón de cáñamo, transporte de bloques de hormigón de cáñamo al sitio de construcción, construcción de muros y la fase de uso. [6] La evaluación de impacto de cada proceso se analizó utilizando las siguientes categorías de impacto: agotamiento abiótico (ADP), agotamiento de combustibles fósiles (ADP Fossil), calentamiento global en un intervalo de tiempo de 100 años (GWP), agotamiento de ozono (ODP), acidificación (AP), eutrofización (EP) y creación de ozono fotoquímico (POCP). [6]
La producción de aglutinante proporciona el mayor impacto ambiental, mientras que las fases de transporte son las segundas. [6] Durante la producción de aglutinante en la parte de calcinación de cal y creación de clínker, las emisiones son las más notables. [6] Una gran cantidad de consumo de diésel en las fases de transporte y durante la fabricación de aglomerado de cáñamo creó una gran parte de la demanda energética acumulada y, junto con la calcinación de cal que tiene lugar en hornos, es una fuente principal de emisiones de combustibles fósiles. [6] El agotamiento abiótico se atribuye principalmente a la electricidad utilizada durante la producción de aglutinante y, aunque mínima, también durante los procesos de producción de bloques. [6] Es importante centrarse en el contenido de agua en una mezcla de hormigón de cáñamo, porque demasiada agua puede causar un secado lento y crear un impacto negativo, impidiendo la carbonatación de la cal. [34]
La principal causa de la huella ambiental del hormigón de cáñamo proviene de la producción del aglutinante. Los informes han estimado que entre el 18,5% y el 38,4% de las emisiones iniciales de la producción del aglutinante se pueden recuperar mediante el proceso de carbonatación. [7] La cantidad específica de carbonatos en los bloques en realidad aumenta con la edad del bloque. [6] Durante el crecimiento del cáñamo, la planta absorbe CO2 , el aglutinante comienza a absorber CO2 después del proceso de mezcla y la pared absorbe CO2 contrarrestando las emisiones de gases de efecto invernadero, actuando como un sumidero de carbono. [6] Un bloque de hormigón de cáñamo continuará almacenando carbono durante toda su vida y se puede triturar y utilizar nuevamente como relleno para aislamiento. [6] La cantidad de captura de CO2 dentro de las emisiones netas de CO2 del ciclo de vida del hormigón de cáñamo se estima entre -1,6 y -79 kg de CO2 e /m2 . [ 7] Existe una correlación de que aumentar la masa del aglutinante, lo que aumenta la densidad de la mezcla, aumentará la absorción total estimada de carbono a través de la carbonatación. [7]
Es necesario estudiar los impactos derivados de los cambios indirectos en el uso de la tierra relacionados con el cultivo de cáñamo, los trabajos de mantenimiento y el final de la vida útil del material para crear un perfil completo de impacto ambiental de los bloques de hormigón de cáñamo desde su origen hasta su fin. Para contrarrestar los impactos ambientales negativos que los bloques de hormigón de cáñamo tienen sobre el medio ambiente, las distancias de transporte deben acortarse lo más posible. Dado que el hormigón de cáñamo no suele soportar cargas, se deben explorar las proporciones para eliminar por completo el cemento de la mezcla. [6]
El hormigón de cáñamo es un material de construcción natural bastante nuevo cuyo uso ha aumentado en los países europeos en los últimos años y está ganando terreno en los Estados Unidos . La Hemp Building Foundation presentó la documentación a los Códigos Residenciales Internacionales (IRC) en febrero de 2022 para certificar el material como material de construcción nacional, lo que permite que la industria de la construcción se familiarice más con el material . [37]
El hormigón de cáñamo es un material de construcción que utiliza hebras de cáñamo, áridos, agua y un tipo de aglutinante para actuar como paredes no portantes, aislantes, revoques de acabado y bloques. El material tiene bajas propiedades mecánicas y baja conductividad térmica, lo que lo hace ideal como material de aislamiento. Los bloques de hormigón de cáñamo tienen una baja huella de carbono y son efectivamente sumideros de carbono. Aún es necesario desarrollar códigos y especificaciones generalizados para el uso generalizado del hormigón de cáñamo, pero parece prometedor para reemplazar los materiales de construcción actuales que no son portantes y que impactan negativamente al medio ambiente.
Este artículo incorpora texto de S. Bourbia1, H. Kazeoui, R. Belarbi disponible bajo la licencia CC BY 4.0.
